DE1464487A1 - Verfahren zur Herstellung elektrischer Kondensatoren - Google Patents

Description

CORNING GLASS WORKS, Corning, New York (U.S.A.)

"Verfahren zur Herstellung elektrischer Kondensatoren"

Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Kondensatoren und richtet sich insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung verbesserter Kondensatoren (beispielsweise nach den US-Patentschriften 2 405 529, 2 526 703, 2 696 577 und 2 526 704) aus einer Vielzahl dünner Glasplatten, die durch dünne Metallfolien getrennt sind, welche abwechselnd über die beiden entgegengesetzten Kanten der Glasplatten vorstehen und zwischen ihnen eingebettet sind oder getrennte dünne Metallbänder oder Leitungsdrähte tragen, die über die entgegengesetzten Kanten vorstehen, während die Metallfolien selbst vollständig zwischen den Glasplatten eingebettet sind. Die Herstellung solcher Kondensatoren erfordert zuerst

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die Bildung von im seitlichen Abstand angeordneten senkrechten Stapeln von Metallfolienplatten, die in der angegebenen Weise zwischen den kontinuierlichen Glasbändern angeordnet sind. Die fertige Anordnung wird dann bei atmosphärischem Druck erwärmt und durch Druckwalzen unter Druck gesetzt, so daß ein einheitlicher, zusammengeschmolzener oder gebundener Körper entsteht, der in geeigneter Weise in einzelne Kondensatoren getrennt werden kann. Außerdem ist (US-Patent 2 696 577) bereits bekannt, die Außenteile dieser PMten mit konvex gekrümmten Kanten zu versehen.

Bei der Herstellung von Kondensatoren nach diesem Verfahren verwandelt sich Luft, die zufällig zwischen den Folien und dem aus Glaefbestehenden, dielektrischen Material in Form von flachen Blasen oder Schlieren eingeschlossen ist, in kugelförmige Blasen, sobald das Glas beim hermetischen Abdichten bis zum Erweichungspunkt erwärmt wird. Ein solches Verfahren zur hermetischen Abdichtung, welches bei atmosphärischen Drucken unter Verwendung von Druckwalzen ausgeführt wird, führt zu einer Ausbildung dieser kugelförmigen Blasen bis zu einer solchen Größe, daß sie das dielektrische Material" überbrücken, wodurch die Durchschlagfestigkeit des Kondensators beträchtlich herabgesetzt wird. Die Druckwalzen bringen einen so ausreichenden Druck auf, daß die Kondensatoranordnung abgedichtet und die eingeschlossene Luft beim Durchlauf durch die Druckwalzen zusammengedrückt

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wird. Jedoch bleiben die eingeschlossenen Blasen nicht dauernd in ihrer verminderten Größe, da das Glas beim Durchgang durch die Walzen weich sein muß, so daß die Blasen nach dem Durchgang durch die Walzen in ihre Ausgangsform zurückkehren. Außerdem kann man die Größe der Blasen nicht mehr vermindern, nachdem sie rund geworden sind, indem man beispielsweise die Kondensatoranordnung nach dem hermetischen Abdichten hohen Drucken aussetzt, weil sich sonst die Metallfolien im Bereich der Blasen deformieren wurden, was zu unregelmäßigen Kapazitätseigenschaften und Durchschlagfestigkeiten' der fertigen Kondensatoren führen würde.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten, hermetisch abgedichteten Kondensators, in dem die während des Abdichtvorganges eingeschlossene luft keine merkliche Einwirkung mehr auf die Leistung des Kondensators hat.

Weiter richtet sich die Erfindung auf ein wirtschaftliches Verfahren zum hermetischen Verschließen von Kondensatoren, das eine hochqualifizierte Kondensatorauswahl ermöglicht. ' ■ '

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zum hermetischen Abdichten von Kondensatoren, deren Dijuchschlagfestigkeit durch die eingeschlossene

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Luft im wesentlichen unbeeinflußt "bleibt.

Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich für den lachmann aus der folgenden Einzelbesehreibung und den Zeichnungen, die lediglich bevorzugte Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes wiedergeben.

Gemäß der vorliegenden Erfindung läßt sich ein hermetisch abgedichteter Kondensator, der im wesentlichen durch eingeschlossene Luft unbeeinflußt bleibt, herstellen, indem man zuerst^- die Kondensatorfolienplatten mit dem aus Glas bestehenden, dielektrischen Material durch Erhitzen des Kondensatorstapels bis auf ca. den Erweichungspunkt der Glaskomponenten abdichtet, dann die Kondensatoranordnung, bevor sich die eingeschlossene Luft in Form flacher Schlieren in kugelförmige Blasen verwandeln kann, hohem Druck ausgesetzt, während man gleichzeitig die Anordnung auf einer Temperatur in der Nähe des Erweichungspunktes des Glases hält, wodurch die Kondensat or glasdeckplatten hermetisch abgedichtet werden und die eingegangene Luft zusammengepreßt und zu vergleichsweise kleinen Blasen verformt wird, die auf die Kondensatoreigenschaften nur noch eine vernachlässigbare Wirkung ausüben, und anschließend die temperatur unter den Erweichungspunkt des Glases unter Aufrechterhaltung des hohen Druckes reduziert, das aus Glas bestehende Dielektrikum und die Abdeckplatten verfestigt und

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damit die eingeschlossene Luft in Form kleiner kugelförmiger Blasen beibehält.

Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 eine auseinandergezogene, perspektivische Ansicht einer Anordnung aas Kondensatoreinheiten und Deckplatten;

Fig. 2 eine Schrägansicht eines Kondensatorstapeis und seiner Anordnung in einer Form;

Pig. 5 eine Endansicht des Kondensatorstapels in der Form;

!ig. 4 einen Querschnitt durch einen Hochdruckofen zur Wiedergabe der hermetischen Abdichtung des Kondensatorstapels;

Fig. 5 eine Kurve, in der die Zeit gegen die Temperatur aufgetragen ist, zur Veransehaulichtung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Der Erveichüngspunkt des Glases soll als die Temperatur festig g gelegt wenden, bei der die Viskosität des Glases 10'* Poisen

beträgt.

Die Anordnung aus einzelnen Kondensatoren bestehen aus einem

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dünnen Glasband 10, auf dem in seitlichen Abständen eine Vielzahl von Metallfolienplättchen 12 angeordnet sind, wobei eine Kante jedes Metallfolienplättchens nach innen gegenüber der entsprechenden Seitenkante des Glasbandes 10 versetzt ist und die andere Kante des Folienplättchens über die entsprechende andere Seitenkante des Glasbandes 10 vorsteht. Auf die IFolienplättchen 12 wird ein zweites Glasband 14 aufgesetzt, das in Flucht mit den Folienplättchen 12 eine zweite Reihe von Metallfolienplättchen 16 trägt, die jedoch entgegengesetzt zu den Plättchen 12 angeordnet sind. Über den Plättchen. 16 liegt in senkrechter Flucht mit den Glasbändern 10 und 14- ein drittes dünnes Glasband 18. Die Anzahl der abwechselnden Schichten von Glasbändern und Metallfolien ist selbstverständlich durch die gewünschte Kapziiä bestimmt, jedoch sind aus Gründen der besseren zeichnerischen Darstellung nur Kondensatoren wiedergegeben, die zwei Schichten von Metallfolienplättchen aufweisen.

Die Leitungsdrähte 20 sind durch Punktschweißen o. dgl. an den vorstehenden Teilen der Folienplättchen 12 und 16 jedes Einzelkondensators befestigt. Wenn die Leitungen aus Draht bestehen, dann werden ihre Enden zweckmäßig abgeflacht oder in andaer Weise verformt, lim diesen Anschluß zu erleichtern.

^ sich ergebende Anordnung von Kondensatoreinheiten wird durch zwei sich gegenüberstehende geformte Glasdeckplatten

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22 umschlossen, von denen $eäe einen flachen Teil 24 Mit Rippen oder Wülsten 26 an den Längsseiten besitzt. Die "umschlossene Einheit wird zweckmäßig so aufgebaut, daß zunächst das Glasband 10 zwischen die Wülste einer Glasdeekplatte 22 eingebracht wird, die Anordnung aus Kondensatoreinheiten hierauf in bestimmter Zahl geformt wird und schließlich die andere Deckplatte 22 über die fertige Anordnung aufgebracht wird, wobei entsprechende Anschlüsse 20 zwischen den sich gegenüberstehenden Wulsten 26 der Deckplatten vorragen. Die fertige Anordnung 27 wird dann in eine Presse 28 (Fig. 2 und 3) eingesetzt, die aus einer !Fußplatte 30, die Dicke des Kondensators regelnden Trennstücken 32 und einer Deckplatte 34 besteht. Die Kondensatoranordnung 27 wird auf der Fußplatte 30 zwischen die Abstandsstücke 32 eingesetzt, wobei die Drähte 36 aus der Kondensatoranordnung 27 zwischen den Abstandsstücken 32 vorstehen. Die Anordnung wird dann durch die Deckplatte 34 abgedeckt. Die Materialien der Presse 28 sind nicht kritisch, wenn sie nur einer Tempe^feur in der Größenordnung von im wesentlichen der Einweichungstemperatur des Glases widerstehen können und nicht an dem erweichten Glas kleben oder wenigstens dazu gebracht werden können, daß sie nicht sehr am erweichten Glas haften. Dann wird ein Gewicht 36 auf die Deckplatte 34 aufgesetzt. Die Presse wird mit der eingesetzten Kondensatoranordnung dann auf ca. Hen Erweichungspunkt des verwendeten Glases erwärmt, wobei die verschiedenen Komponenten der Kondensatoranordnung mit den benachbarten Komponenten zusammenkleben. Das Ge-.

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wicht 36 sorgt dafür, daß die Deckplatte 34 die Kondensatoranordnung zusammenpreßt, bis die Bewegung der Deckplatte 34 durch die Abstandsstücke 32 zum Stillstand gebracht wird, wobei die Dicke der Kondensatoranordnung festgelegt und die einzelnen Teile miteinander verbunden werden. Es hat sich herausgestellt, daß ein Gewicht, das einen Druck in der Größenordnung zwischen 0,07 und 1,4 kg/cm auf die Kondensatoranordnung ausübt, ausreicht.

Bevor sich die zwischen den Kondensat orfolienplättchen innerhalb des dielektrischen Materials, beispielsweise den Plättchen 14 nach Fig. 1 eingeschlossene Luft in kugelförmige Blasen infolge der Oberflächenspannung des erweichten Glases umwandeln kann, wird die Anordnung hohem Gasdruck ausgesetzt, während die Temperatur in der Größenordnung des Erweichungs-punktes des Gälases aufrechterhalten wird.

Fig. 4 zeigt einen Druckofen 38, in den die Kondensatoranordnung 27 auf einem geeigneten, nicht an Glas haftenden Träger 40 eingesetzt wird. Die Temperatur wird in diesem Ofen 38 durch geeignete Heizvorrichtungen 42 aufrechterhalten. Das Gas wird dem Ofen unter Druck von einer geeigneten, nicht gezeichneten Quelle über die Leitung 44 zugeführt. Der auf die Kondensatoranordnung ausgeübte Druck führt zu einem Zusammenpressen der eingefangenen Luft, die teilweise in dem Glas in Lösung geht. Das Volumen und die dritte Potenz der Durchmesser der sich ergebenden, zu-

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sammengedrüekten Luftkugeln ist proportional dem aufgebrachten Druck.

Die in der Eondehsatoranordnung verwendete Glaszusammensetzung ist nicht kritisch. Man kann jedes hochdielektrische Glas, verwenden« Geeignete Gläser sind beispielsweise Alkalibleisilikatgläser mit hoher Wämeausdehnung, wie sie in der tJS-Patentschrift 2 431 980 "beschrieben werden.

Fig. 5 zeigt den typischen Ablauf des hermetischen Absicht-Vorganges für eine Kondensatoranordnung. Da sich der Erweichungspunkt für die verschiedenen Gläser ändert _t stellt die wiedergegebene Kurve eine solche für die oben erwähnten. Gläser dar. Die gestrichelte Linie 46 zeigt die Stelle an, an der die Anordnung dem Gasdruck ausgesetzt wird. Me gestrichelte Linie 48 zeigt die Stelle an, an der der Glasdruck unterbrochen werden kann. Diese Stelle liegt unterhalb des Erweichungspunktes des Glases. Der Druck des Gases ist bestimmt durch die Größe der Blasen, die im Kondensator verbleiben, können, ohne einen merklichen Einfluß auf die Kondensatoreigenschaften zu haben. Es hat sich herausgestellt, daß @in Druck von ca. 17_f4 kg/cm bis ca. 350 kg/ cm die Größe der Blasen zufriedenstellend reduziert, daß jedoch für die meisten Anwendungsgebiete Drucke zwischen 52 und 105 kg/cm ausreichen. Man kann an sich jedes Gas benutzen, zieht jedoch Stickstoff oder ein ähnliches, inertes

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Gas vor, um die Oxydation der freiliegenden Kondensatoranschlußdrähte herabzusetzen. Der Gasdruck wird über die gesamte Zeit der hermetischen Abdichtung und der Verminderung der Blasengröße aufrechterhalten, desgleichen auch während der AbMihlperiode, bis die 3?emperatur der Kondes^atoranordnung beträchtlich unterhalb des Erweichungspunktes des Glases liegt, so daß die Gasblasen ihre verminderte Größe beibehalten müssen.

Bei nach der Erfindung hergestellten Kondensatoren, wobei der auf die Kondensatoranordnung aufgebrachte Gasdruck bei ca. 105 kg/cm lag, wurde das Volumen der endgültigen Blasen um annähernd das 100-fache gegenüber dem Volumen bei Atmosphärendruck reduziert. Der Durchmesser der Blasen ändert sich mit der Kubikwurzel des Volumens und beträgt annähernd 1/5 des Durchmessers bei Atmosphärendruck. Die derart in der , Größe verminderten Luftblasen haben praktisch keinen merklichen Einfluß mehr auf die Kondensatoreigenschaften.

Selbstverständlich kann man das beschriebene Verfahren auch in zwei Stufen ausführen. Die in der Presse eingesetzte Kondensatoranordnung kann bis ca. zum Erweichungspunkt des Glaskomponenten bei atmosphärischem Druck erwärmt werden, wobei die benachbarten Komponenten der Anordnung verschmelzen* Ss schließt sich dann eine Zwischenverminderung der Semperatur unter den Erweichungspunkt der Glaskomponenten an. Anschließend wird die Anordnung aus der Presse heraus-

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genommen und in einen Druckofen eingesetzt, wo die hermetische Abdichtung erfolgt und die eingeschlossene luft zu kleinen Kugerblasen, wie oben im Zusammenhang mit dem einstufugen Verfahren beschrieben, zusammengepreßt wird. Bei einem zweistufigen Verfahren kann man die Kondensatoranordnung unmittelbar nach dem Einsetzen in den Druckofen unter Druck setzen, da die eingeschlossene Luft bei Atmosphärendruck in der Anordnung abgedichtet ist.

Selbstverständlich kann man in einem zweistufigen Verfahren die Kondensatoranordnungskomponenten mit den benachbarten Komponenten aucn unter Verwendung von Druckwalzen zum Ver*- kleben bringen, wenn die Anordnung nur auf einer Temperatur in der Größenordnung des Erweichungspunktes der G-laskomponenten für eine Zeit gehalten wird, die kleiner ist als diejenige, in der die eingeschlossene, die lorm flacher Schlieren einnehmende Luft sich in größere Kugelblasen verwandeln würde.

Die Kondensatoranordnung kann dann nach einem geeigneten Verfahren in Einzelkondensatoren zertrennt werden.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die vorstehend im einzelnen beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen beschränkt, sondern es sind demgegenüber zahlreiche Änderungen möglieh, ohne von ihrem Grundgedanken abzuweichen.

- Patentansprüche : -

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Claims (4)

H64487 A 15 972 B/Bg/il Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Kondensatoren, bei dem ein Kondensatorstapel aus einer Vielzahl von dünnen Glasbändern, zwischen denen mit Anschlußdrähten versehene dünne Metallfolienplättchen angeordnet sind, zusammengesetzt wird und die gesamte Anordnung zwischen Glasdeckschichten eingedichtet wird, der Stapel auf eine Temperatur in der ÜTähe des Erweichungsbereiches des Glases unter Aufbringung von'Druck auf den Stapel und Aufrechterhaltung des Druckes bis zur Abdichtung zu einem einzigen Körper erwärmt wird, und die Temperatur dann unter die des Erweichungsbereiches der Giasbänder abgesenkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Stapel während des Verschweißungs-Abdichtungsvorganges mechanischer Druck, hiernach hydrostatischer Druck auf den entstandenen Körper aufgebracht wird, und hiernach alle eingefangenen Gase in relativ kleine Kugelblasen zusammengedrückt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Einzelelemente des Stapels zusammen in eine Presse eingebracht werden, in der sie

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Einrichtungen zum Abstützen des Stapels und zum Einstellen der Stapeldicke vor der Erwärmung des Stapels ausgesetzt werden.

3» Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Presse gehaltene Stapel zunächst auf eine Temperatur in der Nähe des Erweichungsbereiches der G-lasbänder erwärmt wird, bis diese an den Polienplättchen haften, der Stapel hiernach bis unter den Erweichungsbereich gekühlt, dann aus der Presse genommen, unter hydrostatischem Druck von wenigstens 17,5 kg/cm und wieder auf eine Temperatur in der Nähe des Erweichungsbereiches der Glasbänder gebracht wird, Temperatur und Druck für eine ausreichende Zeit aufrechterhalten werden, damit die eingeschlossene luft innerhalb des Stapels in kleine im wesentlichen kugelförmige Blasen zusammengedrückt wird und der Stapel bis unter die Erweichungstemperatur gekühlt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der hydrostatische Druck zwischen 52 und 105 kg/cm gehalten wird.

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